智芯传感“惯性冲击开关阈值的试验方法”获IEC国际标准认可

惯性开关是一种利用惯性力来实现开关功能的传感器，是将机械和电子统一结合的产物。最早的惯性开关被用来关闭电动燃油泵，避免燃油泵在发生碰撞或翻转后继续工作。但是，传统的机械惯性开关由于阈值精度比较差，可靠性比较低，在很大程度上限制了惯性开关的应用。

随着传感器微型化趋势的增长，MEMS惯性开关的研发受到了更大的重视。MEMS惯性开关又称为冲击传感器、阈值开关、加速度开关，是一种无源电子器件，集传感器与执行器为一体，具有尺寸小、制造成本低、可批量生产等多种优点，在汽车电子、物联网和消费电子等领域有着广泛的应用前景。由于惯性开关具有在未触发状态时待机功耗为零的特点，其在远程监控等电量有限的应用场景下有着明显的优势。例如，可将MEMS惯性开关附着到可穿戴的衣物上面，在人摔倒时开关闭合，可触发无线报警系统，以便及时通知医院采取救治。

MEMS惯性开关作为一种“近零功耗”的传感器件，也可以用来监测特殊货物运输过程中可能发生的冲击碰撞。在货物的运输过程中，一旦环境受到超过其阈值水平的振动冲击时，惯性开关能够实现瞬间机械闭合，输出接通脉冲信号，然后无线发送到信息控制中心，以实现对整个物流过程的实时监控。

那么，何为阈值？“阈”的意思是界限，故阈值又叫临界值，是指一个效应能够产生的最低值或最高值。阈值在自动控制系统中能产生一个校正动作的最小输入值，刺激引起应激组织反应的最低值。由此可见，对惯性开关阈值的准确测定，对于MEMS惯性开关的灵敏度和稳定性有非常大影响。

北京智芯传感科技有限公司（简称：智芯传感）经过多年的实践和反复地试验，为MEMS惯性开关寻找到了“惯性冲击开关阈值的试验方法”，该方法被国际电工委员会（(International Electro-technical Commission ，IEC)认定为国际标准，编号为：IEC 62047-40：2021。

IEC是世界上成立最早的非政府性国际电工标准化机构，是由所有国家电工委员会组成的世界性标准化组织。IEC标准与我们广为熟知的ISO标准一样，都是被国际认可的行业标准，IEC负责有关电工、电子领域的国际标准化工作。

智芯传感的“惯性冲击开关阈值的试验方法”所适用的工况是在试验场地的大气压力下，温度范围在-20°C至50°C之间，相对湿度为20%~80%。

对于静态阈值，智芯传感提出了两种不同的试验方法：

第一种方法：试验系统由离心机、开关、开合试验回路和状态指示灯四部分组成。

测试程序是在离心机上装配开合试验回路和状态指示器，在开合试验回路上装配开关，保证离心加速度方向为开关感应方向；接着，施以激发电压，复位开合测试电路，状态指示灯指示闭合状态，并根据产品静态阈值设计，给离心机一个等于设计值A11的加速度。

如果状态指示灯显示为关闭状态，则以传感器精度的速度从A11降低到A12，并记录指示灯状态；逐步降低加速度，直到状态指示灯显示为打开状态，则前一个加速度为最大静态阈值，当前加速度为最小静态阈值，如下表所示，其中a1 = A15, a2 = A14；

如果状态指示灯显示为开启状态，则以传感器精度的速度从A11增加至A21，并记录指示灯状态；逐步提高加速度，直到状态指示器显示为关闭状态，则前一个加速度为最小静态阈值，当前加速度为最大静态阈值，如下表所示，其中a1 = A41, a2 = A51。

第二种方法：测试系统包括离心机、参考加速度计、开关、开合测试电路和无线采集系统五部分。

测试程序是在离心机上组装无线采集系统（数据可实时无线传输或存储）和开合测试电路（如下图所示）在开合测试电路上组装开关；同时，在与开关半径位置相同的离心机上装配参考加速度计，使开关和参考加速度计的敏感方向与离心加速度方向一致。

根据传感器静态阈值设计值，施加激励电压，给离心机一个等于设计值的加速度。按技术要求对试验过程中的数据进行采样，并对参考加速度计和负载电阻的电压输出进行采样。这些输出数据点在采集系统中成为两条同步输出曲线，并在负载电阻曲线电压输出上获取跳点（如下图所示）。如果曲线上没有跳点，根据实际需要增加离心机的加速度。

从上图中的跳点出发，利用下列公式计算每个样本点对应的开关接触电阻。当开关接触电阻满足技术指标时，参考加速度计对应的输出为静态阈值。与试验方法1相比，试验方法2可以获得更准确的静态阈值。

Us为激励电压，单位为伏特；

RL为负载电阻，单位为欧姆；

R为接触电阻，单位为欧姆；

URL为负载电阻的电压，单位为伏特

在“惯性冲击开关阈值的试验方法”中，智芯传感不仅对静态阈值的测量试验方法给出了解决方案，还对动态阈值也给出了试验步骤和方法，由于篇幅所限，不再做详细介绍。如有需要，请参见www.iec.ch/members_experts/refdocs

近年来，智芯传感在MEMS传感器理论与实践方面建树颇丰，不仅在擅长的压力传感器细分领域有深入的研究与创新，而且在其他相关领域亦有所突破，已成为国内MEMS传感器的佼佼者之一。